CN101451709B

CN101451709B - 母管制锅炉负荷协调控制方法

Info

Publication number: CN101451709B
Application number: CN2008102098615A
Authority: CN
Inventors: 柴庆宣
Original assignee: Individual
Current assignee: Harbin Cosco Control Engineering Co ltd
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: CN101451709A

Abstract

母管制锅炉负荷协调控制方法，涉及到电站锅炉的负荷协调控制方法。本发明解决了现有人工调节母管制运行锅炉的主蒸汽母管中蒸汽压力(以下简称为母管压力)不稳定的问题，实现了母管压力的自动调节。系统中的母管压力负荷协调DCS调整各台锅炉的控制模式，然后根据系统的总负荷需求增量调整各台锅炉的负荷给定值，并发送给系统中各台锅炉的DCS，各台锅炉的负荷给定值的调整方法为：当系统中各台锅炉之间的负荷之差过大，需要增加负荷时，增加负荷最小的锅炉负荷给定值；需要减小负荷时，则减小负荷最大的锅炉负荷给定值。当给定值。本发明能够有效地将母管压力的波动控制在±0.1MPa以内。

Description

母管制锅炉负荷协调控制方法

技术领域

本发明涉及到电站锅炉的负荷控制方法，具体涉及到母管制锅炉的负荷协调控制方法。

背景技术

母管制锅炉运行方式是指多台锅炉并列运行，同时向同一蒸汽母管供汽，以满足发电和热网的负荷需求的运行方式。母管制运行方式具有机组配置灵活、调度方便、投资小、见效快和可靠性高等优点，在我国石油、化工、冶金、造纸、煤炭、制药等行业的自备热电厂(兼顾发电、生产供热)及集中供热等行业广泛应用。在现有技术中，母管制锅炉运行时，通常设置一台锅炉负责调节母管中的蒸汽压力(以下简称“母管压力”)，该锅炉亦称为“调压锅炉”，操作的司炉为调压司炉，其它锅炉带额定负荷。当母管中的汽机发电负荷或供热负荷发生变化时，调压司炉根据“调度长”的命令，手动调节“调压锅炉”的负荷，以满足母管中的负荷需求，维持“母管压力”稳定。在母管制运行方式的发电厂，维持“母管压力”的稳定对于提高机组热效率和下游生产厂的产品质量具有非常重要的意义。因此，电厂运行人员总是千方百计地控制“母管压力”接近额定压力，亦称“压红线”运行，提高机组运行的安全性、稳定性和经济性。现有的这种人工调整母管压力的方法，不能根据实际情况对母管压力进行实时调节，而且调整的效果与调度长和调压司炉两个人的经验有着很大的关系，不能可靠的保证母管压力的稳定，这会导致以下问题的发生：

(1)各台锅炉之间的负荷相互干扰严重，一台锅炉的负荷波动，会对其它锅炉的主蒸汽压力及负荷造成扰动，严重时会导致所有锅炉运行不稳定，发生震荡。

(2)当外界负荷需求发生较大幅度变化时，一台调压锅炉不能满足要求，必须多台锅炉同时调压。但是，由于各台锅炉特性不同以及司炉操作的差异，必然造成各台锅炉之间的负荷转移，有的锅炉负荷很高，有的则很低，需反复多次调整才能达到新的稳定状态，“母管压力”波动在±1.0MPa以上，机组运行的稳定性、安全性、经济性无法保证。

因此，母管制运行锅炉稳定工作的控制难点在于如何根据外界负荷的变化，快速、准确、平稳、统一地调整各台锅炉的负荷，共同控制“母管压力”的稳定。

现有母管制锅炉系统中的每台锅炉的燃料控制有三种控制模式，即“本炉负荷”、“主汽压力”和“负荷协调”。其中：

“本炉负荷”模式是指通过调节燃料量，控制本台锅炉的负荷满足负荷给定值。所述的负荷给定值是由本台锅炉的司炉进行设定，这种运行方式的锅炉亦成为“定负荷运行锅炉”。

“主汽压力”模式是指通过调节锅炉的燃料量，控制本台锅炉的主蒸汽压力满足其主蒸汽压力给定值。本炉的主蒸汽压力给定值由本炉的司炉进行设定。

“负荷协调”模式是指通过调节锅炉的燃料量，控制本台锅炉的负荷满足协调DCS发送过来的的负荷给定值。

控制模式为“主汽压力”或“负荷协调”的锅炉，亦称为“调压锅炉”。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的母管制锅炉人工调节所带来的母管压力不稳定的问题，提供一种母管制锅炉负荷协调控制方法。

本发明所使用的DCS(Distributed Control System)是在现有的各台锅炉DCS的基础之上，增加一个“母管压力负荷协调控制DCS”，所述母管压力负荷协调控制DCS与各台锅炉的DCS连接，所述母管压力负荷协调控制DCS的工作过程为：

步骤一：根据各台锅炉DC S送来的控制模式获得主蒸汽母管上所有锅炉的控制模式，并调整每台锅炉的控制模式，然后将调整后的控制模式发送给每台锅炉的DCS；然后执行步骤二；

步骤二：根据母管压力设定值SPm与实际值Pm的偏差epm＝SPm-Pm，计算外界总负荷需求增量ΔSP_Dz，然后执行步骤三；

步骤三：计算各台锅炉的负荷增量分配系数alfa[i]＝(Dq_h[i]-Dq_l[i])/∑(Dq_h[i]-Dq_l[i])，其中Dq_h[i]是第i号锅炉的负荷运行上限值，Dq_l[i]是第i号锅炉的负荷运行下限值，∑(Dq_h[i]-Dq_l[i])是母管上所有锅炉的负荷运行上限值和下限值之差的总和，然后执行步骤四；

步骤四：判断每台锅炉的主汽压力实际值是否超过其运行规定的上限值，如果超过，则将该台锅炉的压力超限标志P_high_flag[i]置1，否则将该台锅炉的压力超限标志P_high_flag[i]置0，然后执行步骤五；

步骤五：比较各台锅炉的实际负荷，获得负荷最大的第i_max号锅炉的负荷值Dq_max，和负荷最小的第i_min号锅炉的负荷值Dq_min，计算负荷Dq_max和Dq_min的差ΔDq＝|Dq_max-Dq_min|，然后执行步骤六；

步骤六：判断步骤五获得的ΔDq是否超过各炉之间的负荷偏差允许限值ΔDq_max，如果ΔDq＞ΔDq_max，执行步骤七；否则，执行步骤八；

步骤七：若ΔSP_Dz＞0，则alfa[i_max]＝0；若ΔSP_Dz＜0，则alfa[i_min]＝0，执行步骤八；

步骤八：判断各锅炉的压力超限标志，若P_high_flag[i]＝1，且ΔSP_Dz＞0，则alfa[i]＝0，即主汽压力超过其运行上限的锅炉，负荷不再增加，然后执行步骤九；

步骤九：利用SP_Dq_修正后[i]＝SP_Dq_修正前[i]+alfa[i]×ΔSP_Dz对各台锅炉的负荷给定值进行修正，其中SP_Dq_修正前[i]为修正前的负荷给定值，SP_Dq_修正后[i]为修正后的负荷给定值，执行步骤十；

步骤十：将步骤九获得的各台锅炉的负荷给定值SP_Dq_修正后[i]传递给各台锅炉的负荷控制DCS；此次调整结束，将SP_Dq_修正后[i]作为下一次调整的SP_Dq_修正前[i]，返回步骤一，开始下一次调整。

步骤十之后，每台锅炉的DCS按照接收到的控制模式指令调节自己的燃料量对锅炉进行控制。

本发明的母管制锅炉负荷协调控制方法能够根据母管中蒸汽压力、总负荷以及各台锅炉的主汽压力、负荷的情况，及时调整母管中的每一台锅炉的负荷给定值，实施统一调整、协调控制，以达到满足外界负荷、控制“母管压力”稳定、消除各台锅炉之间的负荷相互干扰的目的，实现了整个母管制锅炉的安全、稳定、经济运行。本方法尤其适用于母管制运行的煤粉锅炉、循环流化床锅炉控制，能够将母管压力的波动范围控制在±0.1MPa以内。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中采用的DCS是在现有的各台锅炉DCS的基础之上，增加一个母管压力负荷协调控制DCS，所述母管压力负荷协调控制DCS与各台锅炉的DCS连接，所述母管压力负荷协调控制DCS的工作过程为：

步骤一：根据各台锅炉DCS送来的控制模式获得主蒸汽母管上所有锅炉的控制模式，并调整每台锅炉的控制模式，然后将调整后的控制模式发送给每台锅炉的DCS；然后执行步骤二；

本实施方式中的步骤一中，调整每台锅炉的控制模式的方法为：当主蒸汽母管上的调压锅炉数量≥2时，每台调压锅炉的控制模式自动转换为“负荷协调”控制模式，控制模式为“本炉负荷”的锅炉保持不变。

即：在母管制锅炉系统中，当母管上有2台或者2台以上的锅炉在调节主蒸汽压力的时候，则采用的必须是“负荷协调”的控制模式，共同控制母管压力稳定。

本实施方式的步骤二中，所述外界总负荷需求增量ΔSP_Dz采用两组增量式PID控制器(PID1、PID2)来计算获得。其中，所述两组增量式PID控制器(PID1、PID2)中的PID2控制器的比例系数大于PID1控制器的比例系数，当偏差epm＞0.15MPa时采用PID1控制器计算获得外界总负荷需求增量ΔSP_Dz；否则，采用PID2控制器计算获得外界总负荷需求增量ΔSP_Dz。

本实施方式中的PID2控制器的比例系数是PID1控制器的比例系数的1.1到1.4倍。这样配置两个PID控制器的比例系数，当偏差epm较小时，整个母管上的锅炉系统处于稳态过程，采用比例系数较小的PID1控制器计算ΔSP_Dz，能够提高稳态控制精度；当偏差epm较大时，整个母管上的锅炉系统处于暂态过程，采用比例系数较大的PID2控制器计算ΔSP_Dz，能够提高控制系统的响应速度。

步骤三中的Dq_h[i]和Dq_l[i]反映出第i号锅炉的负荷调节能力。

步骤三中的∑(Dq_h[i]-Dq_l[i])是整个主蒸汽母管上所有锅炉的负荷调节能力之和，也反映出整个热电厂的负荷调节能力。

步骤七，是在各炉之间的负荷偏差越限的情况下，对各锅炉的负荷进行调整，即当需要增负荷时，增加负荷最小的锅炉；当需要减小负荷时，减少负荷最大的锅炉。

使用本实施方式的母管制锅炉负荷协调控制方法，大幅度地降低了母管压力的波动范围，可以将母管压力的波动范围控制在±0.1MPa以内，进而带来了以下优点：

一、提高机组的热效率，具有显著的节能减排效果。

由于汽轮机的供汽压力和供汽温度越高，汽轮机的效率(热能-机械能的转换效率)也越高，对于高压锅炉(即9.80MPa)来说，过热汽温每降低10℃可使电厂的循环效率降低0.2％，当汽压较额定值降低5％时(即0.5MPa)，汽轮机的蒸汽耗量将增加1％，换算成耗煤量意味着巨大的经济损失。本实施方法将母管压力的波动控制在±0.1MPa以内，可以有效地提高整个机组的热效率。例如，已经在某热电厂6台410t/h母管制煤粉锅炉上应用后，每年节约标准煤3万吨，减少SO2排放760万吨，减少CO2排放10.8万吨。若将该技术在我国现有的母管制锅炉的十分之一应用，每年可为国家创造近二十亿元的直接经济效益。

二、提高了母管制锅炉运行的安全性和稳定性。

本实施方式实现了对母管制锅炉的负荷进行自动调节，进而使每台锅炉的各种运行参数都处于最佳状态，可有效防止局部过热、超温、超压等现象，明显减少了锅炉水冷壁爆管和过热器爆漏等事故的发生，从而减少了锅炉事故停炉次数，提高了整个母管制锅炉运行的安全性和稳定性。

三、减缓了设备老化、疲劳速度。

由于使用本实施方式的母管中蒸汽压力波动范围小，有效的防止水冷壁、过热器等高压容器部件的超压现象，减缓了设备老化及金属疲劳速度，进而延长了设备的使用寿命。

四、降低了操作人员的数量及劳动强度。

由于本实施方式实现了自动调整，使原来一台锅炉配置4名操作人员(司炉、副司炉、司水、副司水)，还略显有些紧张的状态，转变成只需2名操作人员(司炉、司水)就可以轻松地完成生产任务，运行人员的手动操作量减少了95％。

Claims

1.母管制锅炉负荷协调控制方法，它采用的DCS是在现有的各台锅炉DCS的基础之上，增加一个母管压力负荷协调控制DCS，所述母管压力负荷协调控制DCS与各台锅炉的DCS连接，所述母管压力负荷协调控制DCS的工作过程为：

步骤九：利用SP_Dq_修正后[i]＝SP_Dq__修正前[i]+alfa[i]×ΔSP_Dz对各台锅炉的负荷给定值进行修正，其中SP_Dq_修正前[i]为修正前的负荷给定值，SP_Dq_修正后[i]为修正后的负荷给定值，执行步骤十；

2.根据权利要求1所述的母管制锅炉负荷协调控制方法，其特征在于，在步骤一中，调整每台锅炉的控制模式的方法为：当主蒸汽母管上的调压锅炉数量≥2时，每台调压锅炉的控制模式自动转换为负荷协调控制模式，控制模式为本炉负荷的锅炉保持不变。

3.根据权利要求1所述的母管制锅炉负荷协调控制方法，其特征在于，在步骤二中，所述外界总负荷需求增量ΔSP_Dz采用两组增量式PID控制器(PID1、PID2)来计算获得。

4.根据权利要求3所述的母管制锅炉负荷协调控制方法，其特征在于，所述两组增量式PID控制器(PID1、PID2)中的PID2控制器的比例系数大于PID1控制器的比例系数，所述PID2控制器的比例系数是PID1控制器的比例系数的1.1到1.4倍。